菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型与板内形变-应变场

用菲律宾海板块上7个站ITRF2000的速度建立了菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型. 结果认为菲律宾海板块的现今运动是顺时针方向旋转，与NNR_NUVEL_1A估计的旋转方向一致，但与NNR_NUVE_1A估计的旋转极位置和旋转角速度有较大差别. 本文模型与Sella等建立的刚体运动模型相比能更精确地描述菲律宾海板块的现今构造运动与板内形变. 菲律宾海板块内部存在强烈的形变-应变场. 在板块上存在一致的向东形变，形变速率在中央构造线附近小，东、西边界附近大，南、北两端小，中部大，在Mariana弧上向东的形变速率达到484 mm/a. 板块上南北方向的形变，东、西部存在明显差别，东部的南北向形变速率很小，西部在Manila海沟附近南北向形变速率较大，北端向北的形变速率为113 mm/a，南端向南的形变速率为293 mm/a. 板块的中央构造线把板块的主应变场分为东、西两个区. 东区存在非常强烈的张应变，压应变则很弱. 主张应变为近东西方向，从中央构造线向东主张与主压应变率逐渐增加，板块东南边界附近（148°E，15°N）主张应变率最大为858×10-8/a. 在西区，存在很强的主压应变而主张应变则较弱，主压应变为NW-SE方向，主压与主张应变率呈现从中央构造向西逐渐增加的特征，在板块西北边界（122°E，23°N）附近，主压应变率最大为571×10-8/a. 菲律宾海板块主应变场的空间变化与板块内部及周围的构造背景密切相关，是构造应力场的反映.     

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体，实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程，由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律：板块边界附近的应变率最大，从边界向内部逐渐减小；在板块扩散边界附近，主张应变率大于主压应变率，主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致；在俯冲边界附近，主压应变率大于主张应变率，主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致；在走滑兼有俯冲性质的边界附近，最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力－应变场基本上遵循广义胡克定律.     

汶川Ms8．0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了Ms8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀-北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10-9/a与13.956×10-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用足龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

汶川MS8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了MS8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的GPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0 mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1 mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为-30.840×10^-9/a与13.956×10^-9/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.     

堪察加地区现今地壳运动与变形特征研究

利用俄罗斯堪察加地区1995～2005年的GPS观测数据,研究了该区现今地壳水平运动速度场特征.在球坐标系中解算了各应变率分量,分析了应变率场的空间分布特征,并与地震学和地质学研究结果进行了综合对比分析.结果表明,堪察加半岛北部的微板块边界并不明显,堪察加南部测站运动速度大于中部和北部地区,愈靠近东部板块汇聚区,测站速度越大.从东海岸到西海岸,测站水平速度存在明显的梯度衰减特征,水平运动方向与太平洋板块向西北的俯冲方向基本一致.各应变率分量具有东部海岸大于中部和西海岸、从东至西呈梯度衰减的特点.堪察加大部分地区处于EW和NS向压缩状态,局部存在拉张.面应变率结果显示绝大部分为压缩区;刚性转动结果表明大部分地区表现为顺时针转动,北部地区和南端顺时针旋转性明显.东部有效应变率明显大于西部地区,东西向梯度衰减关系明显.主压应变率明显大于主张应变率,特别是在东海岸地区.主压应变率方向与中等以上地震的主压应力轴在水平方向的投影方向基本一致.地壳变形场在空间分布上的不一致性主要与太平洋板块在堪察加半岛东南侧的俯冲深度、俯冲方位角、俯冲倾角和俯冲带的耦合强度有关.     

对橄榄石相变形核率的估算

地幔主要矿物橄榄石［(Mg089Fe011)2SiO4］的相变与深源地震的解释以及俯冲带和周围地幔的相互作用相关. 其中，形核率和长大率是刻画其相变动力学的两个重要参数. 因为实验技术的原因，目前人们还没有基于实验数据给出橄榄石的形核率. 本文首先通过对挤碰物理图像的分析，对边界形核情形的相变动力学理论中表征挤碰程度的无量纲参数进行了修正. 在此基础上，根据已有的实验资料，首次对橄榄石相变的形核率进行了估计. 通过对形核率数据的拟合，可以得到形核率参数K0和γ1/3. 得到两个形核率参数的变化范围分别为K0=55×1021～87×1027s-1·m-2·K-1，γ1/3=0～020 J·m-2，最佳拟合值为：K0=69×1024s-1·m-2·K-1，γ1/3=016 J·m-2.     

台海地区的地壳运动与变形

利用福建沿海GPS网和台湾-吕宋GPS网站速度数据和两个网数据处理中共用的IGS永久站数据，实现了两个GPS网参考框架和速度场的统一．分析台海地区的速度场发现，福建沿海、台湾海峡与台湾岛北部地壳的水平运动完全一致，运动方向约为东偏南26.0，运动速率约为39 mm/a；台湾岛东部的海岸山脉地区发生了相反变化，运动方向为北偏西30.0，运动速率约为33.3 mm/a；在台湾岛的南端存在南偏西50.0方向的运动，运动速率约为13 mm/a．若以福建沿海的几何中心为参考基准，台湾岛存在一致的(岛的北端除外)北西向运动，方向北偏西约50.0，东海岸的速率最大为61 mm/a，向西逐渐减小．应变场分析表明，台海地区存在统一的应变场，主压应变方向为北西48.0，主张应变方向为北东42.0．主压应变速率，台湾岛的东海岸为3.43610－7/a，向西逐渐减小，到福建沿海减小到1.86110－8/a．菲律宾海板块在台湾岛东部与欧亚板块的碰撞俯冲是台海地区地壳运动、变形和发生大地震的主要驱动力．本区的主压应力方向约为北西55.0．      

中国大陆现今应变场动态

根据2004年和2007年GPS复测资料,计算出中国大陆的水平主应变数据,显示出各亚板块的主压应变轴方向与震源机制解的P轴和用地质方法得到的主压应力轴基本一致,表明在区域上和长时期中,地壳的构造应力场是相对稳定的．中国大陆西部的青藏亚板块和新疆亚板块的主压应力轴,为南北向及北北东-南南西向,受欧亚板块和印度板块相互碰撞而产生的作用力的控制;东部的黑龙江亚板块和华北亚板块的主压应变轴,为北东东-南西西向,显示出受欧亚板块与北美板块、太平洋板块碰撞俯冲产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块和新疆亚板块侧向作用力的影响;华南亚板块的主压应变轴,为北西西-南东东向,反映出受菲律滨海板块与欧亚板块碰撞产生的作用力影响,同时也受青藏亚板块侧向作用力的影响．通过比较2004-2007年与2001-2004年的主压应变轴方向,反映出两个时间段各亚板块的主压应力作用方向基本一致,只是主应力轴方向集中程度有一定差别．前后两个时间段不同单元的面应变率显示,压性变化为主的数量减少,张性变化为主的数量有所增多．      

基于GPS观测的张家口-渤海断裂带活动性

文中基于1999年、2007年、2009年、2011年、2013年以及2015年6期GPS区域站观测资料,计算得到了5个相邻时段中张家口-渤海断裂带的水平形变速率和应变率,据此研究了该断裂带的活动性演化特征。结果表明,在5个时段中,张家口-渤海断裂带的总体形变速率平均为1. 74mm/a,左旋走滑速率平均为1. 59mm/a,压缩速率平均为-0. 59mm/a。张家口-渤海断裂带各时段的左旋走滑速率均大于压缩速率,说明其活动性以左旋走滑活动为主,兼有压缩运动。在5个时段中最小主应变率均小于0,为压性,最大主应变率0,为张性。张家口-渤海断裂带的主压应力方向均为NEE-SWW向,主张应力方向NNW-SSE向;正应变率均为负数,为压性;断裂带的剪应变率值相对于正应变率较大,表明剪应力较强,各时段均以左旋剪切应力作用为主。张家口-渤海断裂带的构造活动具有继承性,在日本3·11大地震后,其构造活动性呈现逐步减小的趋势。     

邢台、渤海、海城和唐山大地震震中区现今应变场的基本特征

根据近十多年来华北地区GPS网的观测资料,分别计算了邢台、渤海、海城和唐山4次Ms7级以上大地震震中区现今应变场的主应变参数。计算结果表明,由GPS观测得到的邢台、渤海、海城、唐山地震震中区的主压应变轴方向与震前震中及周围地区的主压应力轴方向是一致的或基本上是一致的,这说明震中区的局部应力场经过震后30~40年的调整,震中区局部的应力场已基本上与区域应力场趋于一致。当前,邢台地震区主压应变率很小为-0.352×10-9/yr,主张应变率较大为3.306×10-9/yr,张应变占绝对优势,地壳处于拉张状态;在渤海地震区,主压应变率为2.593×10-9/yr,比主张应变率(2.947×10-9/yr)略小一些,二者比较接近;在海城地震区,主压应变率为1.276×10-9/yr,小于主张应变率(2.940×10-9/yr),地壳以张应变为主;在唐山地震区,主压应变率为4.539×10-9/yr,大于主张应变率(3.477×10-9/yr),压应变占优势。     

用GPS和VLBI数据检测固体地球的体积和形状变化

本文利用2003年GPS和VLBI组合的站坐标、站速度及它们的误差估计，采用Delaunay算法生成的三角形来逼近地形表面，研究了地球的表面积、体积及它们的变化趋势，并利用板块运动模型插值方法得到的全球分布均匀的台站对检测方法进行了检核.结果表明，实测的和插值后的数据给出的结论是一致的，即若以赤道为界，北半球在压缩，南半球在膨胀；若以0°～180°经线为界，东半球处于挤压变形中，西半球处于扩张变形中；若以90°～270°经线为界，包含太平洋的半球处于压缩状态，而包含大西洋的半球则处于扩张变形中.这种变形证明地球仍处于非对称变形中.根据GPS和VLBI组合的数据解算的体积变化率达到 -15937×1012?m3·a-1，相当于地球半径每年大约缩短3～4 mm，表明地球整体上处于压缩变形中.     

微粒对多晶冰流变行为的影响——(Ⅱ)滞弹性行为

用反相直接加载的方法研究了微粒对多晶冰滞弹性的影响.结果表明：在较高频率时(1 Hz 和 10-1 Hz)，滞弹性应变与应力峰值呈线性关系；在较低频率时(10-2 Hz)，其应力/应变偏离线性关系.微粒在高频时(1 Hz)通过阻碍晶界滑移对晶界弛豫产生重要影响，增加了模量和降低了内耗.但微粒对低频时的位错弛豫没有明显的影响.通过滞弹性实验计算了非线性弛豫模型的两个重要参数，计算表明K值约为007 Pa，α值约为054.     

雷琼拗陷地壳结构特征

根据1984～1985年在雷琼地区完成、长约210 km的白延—江洪深地震测深资料，应用有限差分法、时间项法反演和二维非均匀动力学射线追踪等方法，得到白延—江洪地壳剖面的二维非均匀构造图像.结果显示：琼北及雷州半岛地壳厚约25～26 km，地壳平均速度在琼州海峡南段琼北凸起约616 km·s-1，海峡北段雷琼拗陷区约570 km·s-1；地壳速度偏低，下地壳尤为明显，仅约63～65 km·s-1；结晶基底显示为厚约2～4 km、速度55～60 km·s-1的速度梯度带，Moho界面上、下界面速度分别是65 km·s-1和805 km·s-1的一级速度间断面，没有发现明显的壳幔过渡带.白延—江洪剖面位于雷琼拗陷更新世玄武岩覆盖区，推测地壳厚度减薄以及低速度构造主要反映了该区域自新生代以来一直延续至第四系晚期的多期火山岩浆喷发热地幔对地壳底部的底浸、拆层与地壳仍处于相对温热状态相关.     

末次盛冰期以来南海南部天然气水合物储库变化及其对环境的影响

末次盛冰期以来南海南部海平面及海洋底水温度均发生了很大的变化. 为了研究南海南部天然气水合物稳定带厚度在这个过程中的变化情况及其对环境的影响,我们利用相关的计算公式,并编制了计算稳定带厚度的程序,在南海南部的南沙海槽、曾母盆地、巴拉望盆地和苏禄海等四个重点海域选取了35个点进行末次盛冰期及目前稳定带厚度的计算. 计算结果表明,南海南部末次盛冰期和目前的天然气水合物稳定带厚度分别为262m和233m;甲烷资源量分别为269×1013m3和239×1013m3;水合物资源量分别为164×1011m3和146×1011m3. 这说明自末次盛冰期以来,南海南部稳定带厚度平均减薄了29m,平均减薄百分比为12%,同时释放了大约30×1012m3的甲烷,这些甲烷对环境产生了较大影响,对末次冰期的结束起了较大作用.     

Study on the Horizontal Deformation Strain Field in the Central and Northern Parts of Yunnan Province

Based on the horizontal deformation field and the strain field derived from the GPS data over the period of 1999～2001 in the Yunnan area, the characteristics of deformation and strain in the northern part of Yunnan Province have been studied. The results indicate that the central part of the studied area is rather stable with little crustal displacement, while the western and eastern parts are active with larger displacement. The strain field reveals that the orientations of the principal compressive strain axis of the crust and the sub-blocks in the area are NW-SE, while the orientations of the principal tensile strain axis is NE-SW. In the studied area, the tensile strain is predominatly in the northern part and the compressive strain is predominatly in the central and southern parts. The stretching direction of the shear-strain contour is basically consistent with the strike of the active fault. The strain and stress fields of the fault activity are related to the structure where the fault is located, while the activity properties of the faults are different.     

台湾碰撞带现今地壳变形场特征及其动力学成因的有限单元法模拟研究

台湾是菲律宾海板块与欧亚板块会聚、碰撞的产物,区内地质构造复杂,地震频发,变形强烈.为定量研究台湾地区变形特征及其动力学成因,文中运用二维不连续变形体弹性力学的有限单元计算方法,利用台湾地区1995—2005年GPS的观测结果作为边界约束,对台湾地区地壳变形场进行了模拟.计算结果显示,台湾中部地区主要呈压缩状态,但在台湾的东北部及南部地区出现了拉张的变形环境.变形程度最大的区域位于台湾东部海岸山脉及其附近海域,同时,计算给出台湾纵谷断裂滑移速率约为13.8~23.5mm/yr,由于纵谷断裂对变形的吸收,因此变形在纵谷断裂以西及西北地区迅速衰减.此外,计算结果还发现,计算给出的台湾岛上的速度值与GPS观测结果吻合得较好;计算给出的主应力方位与地应力观测及震源机制解结果也颇为一致.由此说明文中的有限元模型是合理的.此外,计算结果还表明,菲律宾海板块向北西方向的推挤,板块边界形状,观音、北康高地的抵阻,冲绳海槽扩张及琉球海沟的向南后撤以及断裂作用等,共同造成了台湾地区现今变形场的主要格局.